太陽能電池物理

內(nèi)容概要

　　近年來，我國的太陽能產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展，傳統(tǒng)晶體硅太陽能電池的產(chǎn)業(yè)規(guī)模世界領(lǐng)先，各種新型太陽能電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化不斷深入，在校師生和在職工程技術(shù)人員對學(xué)習(xí)太陽能電池理論和技術(shù)的熱情高漲。在這樣的背景下，納爾遜編著的《太陽能電池物理》試圖從半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)出發(fā)，對太陽能電池作理論層面的討論?！缎滦吞柲茈姵刈g從·太陽能實(shí)用技術(shù)系列：太陽能電池物理》涵蓋了太陽能電池的基本特性、太陽輻射的定量描述、半導(dǎo)體的理論模型、各種半導(dǎo)體結(jié)的特點(diǎn)、p-n結(jié)的理論分析、5種常見太陽能電池的原理性能、光學(xué)優(yōu)化方式和高轉(zhuǎn)換效率技術(shù)等方面的探討。《太陽能電池物理》可以作為一本教材或參考書，適合物理系、動力與能源系、材料系、電子工程系、化學(xué)系或其他相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生和教師學(xué)習(xí)研究太陽能電池的物理理論。本書也可以作為太陽能研究機(jī)構(gòu)科學(xué)家或太陽能企業(yè)工程師的參考資料，為研發(fā)或生產(chǎn)各種類型的太陽能電池提供幫助。

作者簡介

作者：（英國）納爾遜（Jenny Nelson） 譯者：高揚(yáng)

書籍目錄

參數(shù)符號表 第1章太陽能電池的特性 1.1太陽能電池發(fā)展簡史 1.2光伏效應(yīng) 1.3電池片、組件和系統(tǒng) 1.4太陽能電池的特性 1.4.1伏安特性曲線 1.4.2光生電流和量子效率 1.4.3肖克萊方程和光生電壓 1.4.4填充因子和轉(zhuǎn)換效率 1.4.5求解最佳工作點(diǎn) 1.4.6寄生電阻 1.4.7理想因子 1.5小節(jié) 參考文獻(xiàn) 第2章從光子到電流 2.1概論 2.2太陽輻射 2.3太陽能的轉(zhuǎn)換方式 2.4精細(xì)平衡原理 2.4.1黑暗中 2.4.2光照下 2.5電流 2.5.1光生電流 2.5.2暗電流 2.6理論轉(zhuǎn)換效率極限 2.7太陽能電池的設(shè)計(jì) 2.8小節(jié) 參考文獻(xiàn) 第3章載流子 3.1概論 3.2半導(dǎo)體 3.2.1能帶和晶格 3.2.2電子和空穴 3.3能帶 3.3.1薛定諤方程和布洛赫波 3.3.2密勒指數(shù)和布里淵區(qū) 3.3.3導(dǎo)帶 3.3.4價(jià)帶 3.3.5直接帶隙和間接帶隙 3.3.6狀態(tài)密度 3.3.7激子 3.3.8載流子濃度 3.3.9載流子電流 3.4熱平衡狀態(tài) 3.4.1費(fèi)米－狄拉克分布 3.4.2熱平衡狀態(tài)的載流子濃度 3.4.3麥克斯韋－玻爾茲曼分布 3.4.4熱平衡狀態(tài)的電流 3.5摻雜 3.5.1本征半導(dǎo)體 3.5.2 n型半導(dǎo)體 3.5.3 p型半導(dǎo)體 3.5.4重?fù)诫s的簡并半導(dǎo)體 3.5.5缺陷 3.6準(zhǔn)熱平衡狀態(tài) 3.6.1準(zhǔn)熱平衡狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)分布 3.6.2準(zhǔn)熱平衡狀態(tài)的載流子濃度 3.6.3準(zhǔn)熱平衡狀態(tài)的電流 3.7漂移和擴(kuò)散 3.7.1漂移－擴(kuò)散電流方程 3.7.2漂移－擴(kuò)散電流方程的適用范圍 3.7.3非晶硅在準(zhǔn)熱平衡狀態(tài)的電流 3.8小節(jié) 第4章載流子的產(chǎn)生和復(fù)合 4.1概論 4.2半導(dǎo)體輸運(yùn)方程組：連續(xù)性方程和泊松方程 4.3產(chǎn)生率和復(fù)合率 4.4躍遷率 4.4.1費(fèi)米黃金規(guī)則 4.4.2二能級系統(tǒng) 4.5載流子的產(chǎn)生 4.5.1吸收系數(shù) 4.5.2聲子的產(chǎn)生 4.5.3離散偶極子近似 4.5.4直接帶隙半導(dǎo)體 4.5.5間接帶隙半導(dǎo)體 4.5.6真實(shí)太陽能電池中載流子的產(chǎn)生 4.6載流子的復(fù)合 4.6.1載流子復(fù)合的分類 4.6.2輻射復(fù)合 4.6.3俄歇復(fù)合 4.6.4陷阱復(fù)合 4.6.5表面復(fù)合和晶界復(fù)合 4.7一維穩(wěn)態(tài)半導(dǎo)體輸運(yùn)方程組 4.8小節(jié) 參考文獻(xiàn) 第5章半導(dǎo)體結(jié) 5.1概論 5.2載流子分離的機(jī)理 5.3功函數(shù) 5.4金屬－半導(dǎo)體接觸 5.4.1肖特基接觸 5.4.2肖特基接觸的特性 5.4.3歐姆接觸 5.5半導(dǎo)體－半導(dǎo)體接觸 5.5.1 p－n結(jié) 5.5.2 p－i－n結(jié) 5.5.3異質(zhì)結(jié) 5.6半導(dǎo)體－電解質(zhì)接觸 5.7體異質(zhì)結(jié) 5.8表面態(tài)和界面態(tài) 5.8.1表面態(tài) 5.8.2界面態(tài) 5.9小節(jié) 參考文獻(xiàn) 第6章p－n結(jié) 6.1概論 6.2 p-n結(jié) 6.2.1 p－n結(jié)的形成 6.2.2近似條件 6.3計(jì)算耗盡寬度 6.4計(jì)算載流子濃度和電流 6.4.1電中性區(qū)的載流子濃度和電流 6.4.2空間電荷區(qū)的載流子濃度和電流 6.4.3凈電流 6.5計(jì)算伏安特性 6.6外加電壓下的p－n結(jié) 6.7光照下的p－n結(jié) 6.7.1短路電流 6.7.2量子效率 6.7.3太陽能電池中的p－n結(jié) 6.8影響p－n結(jié)特性的因素 6.8.1寄生電阻的影響 6.8.2輻照度的影響 6.8.3溫度的影響 6.8.4高級半導(dǎo)體結(jié) 6.8.5近似條件的適用范圍 6.9小節(jié) 參考文獻(xiàn) 第7章晶體硅太陽能電池 7.1概論 7.2材料和設(shè)計(jì) 7.2.1半導(dǎo)體材料 7.2.2 p－n結(jié)的設(shè)計(jì) 7.3硅的特性 7.3.1光吸收的特性 7.3.2摻雜的特性 7.3.3載流子復(fù)合的特性 7.3.4載流子輸運(yùn)的特性 7.4生產(chǎn)工藝 7.5設(shè)計(jì)的優(yōu)化 7.5.1優(yōu)化的原則 7.5.2光吸收的優(yōu)化 7.5.3表面復(fù)合的優(yōu)化 7.5.4串聯(lián)電阻的優(yōu)化 7.6高轉(zhuǎn)換效率的晶體硅太陽能電池 7.7小節(jié) 參考文獻(xiàn) …… 第8章 砷化鎵太陽能電池 第9章 非晶硅薄膜太陽能電池 第10章 銅銦鎵硒薄膜太陽能電池和碲化鎘薄膜太陽能電池 第11章 光學(xué)優(yōu)化 第12章 高轉(zhuǎn)換效率技術(shù) 附錄1 物理常數(shù) 附錄2 習(xí)題和解答 附錄3 Roth&Rau公司太陽能電池生產(chǎn)設(shè)備 附錄4 Semilab公司太陽能電池測試設(shè)備 英漢索引 漢英索引

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   硅烷法制備的太陽能級多晶硅純度高，但是需要消耗Mg等還原劑，成本比改良西門子法高。 太陽能級多晶硅還需要制備成單晶硅棒（monocrystalline silicon ingot）或多晶硅鑄錠（polycrystalline silicon ingot），再切割成晶體硅太陽能電池所需的硅片。為了得到p型硅片，在生長單晶硅棒或多晶硅鑄錠時(shí)，需要引入B摻雜。單晶硅棒生長的主要方法有： （1）直拉單晶法或切克勞斯基法（Czochralski process，CZ process）：先將太陽能級多晶硅融化在石英坩堝中，再用單晶硅籽晶從熔化的多晶硅中拉出，得到單晶硅棒； （2）區(qū)熔法（float zone process，F(xiàn)Z process）：區(qū)熔法將柱狀的太陽能級多晶硅緩慢地穿過高功率金屬線圈，太陽能級多晶硅熔化后結(jié)晶，形成單晶硅棒。 對于太陽能電池，直拉單晶法最常用，而區(qū)熔法生長的單晶硅棒純度更高，但是成本也更高。 制備多晶硅鑄錠的主要方法有： （1）澆注法（casting）：將太陽能級多晶硅在第一個(gè)坩堝中熔化，倒入第二個(gè)保溫坩堝進(jìn)行生長，自下而上結(jié)晶。澆注法生長的多晶硅鑄錠體積較小，純度一般，目前已逐漸被取代。 （2）熱交換法（heat exchange method，HEM）：將太陽能級多晶硅在坩堝中加熱，用氦氣冷卻坩堝底部，保持籽晶不被熔化，帶走熱量，控制晶體生長。 （3）定向凝固系統(tǒng)法（directional solidification system，DSS）：太陽能級多晶硅在坩堝中加熱和熔化時(shí)，坩堝四周起保溫作用的絕熱體封閉。凝固長晶時(shí)，將絕熱體提升，使坩堝底部的硅液開始冷卻，實(shí)現(xiàn)自下而上的定向凝固。定向凝固系統(tǒng)法DSS生長的多晶硅鑄錠體積大，工藝控制相對單晶硅錠簡單、生產(chǎn)成本低，目前較普及。 （4）電磁注錠法（electro-magneto casting，EMC）：在水冷銅坩堝（water－cooled copper crucible）中加熱熔化太陽能級多晶硅，用電磁力避免硅熔體與坩堝壁接觸，防止坩堝對熔體的污染，控制熱量方向，實(shí)現(xiàn)定向凝固。電磁注錠法EMC得到的多晶硅鑄錠雜質(zhì)較少，縮短了生產(chǎn)周期，但是晶格位錯(cuò)的密度較高，晶粒尺寸較小，目前電磁注錠法EMC得到了廣泛的研究。 得到單晶硅棒或多晶硅鑄錠后，進(jìn)行切斷，切成方塊，然后切片，并用化學(xué)腐蝕修復(fù)機(jī)械損傷后的表面，得到表面光滑的p型硅片。 在p型硅片上制備絨面后（參見7.5.2節(jié)），進(jìn)行n型摻雜劑擴(kuò)散，前表面摻雜P后，形成p－n結(jié)，硅片成為電池片。P的沉積的主要方法有： （1）在高溫下，用N2攜帶三氯氧磷（phosphoryl chloride，POCl3），進(jìn)行氣相擴(kuò)散； （2）用固態(tài)的P氧化物，通過化學(xué)氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD）進(jìn)行擴(kuò)散； （3）直接用離子注入（ion implantation）。 三種摻雜劑擴(kuò)散方式中，（1）更加常用，而（2）和（3）對摻雜分布（doping profile）的控制更好，但是成本也更高。

編輯推薦

《太陽能電池物理》編輯推薦：近年來，我國的太陽能產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展，傳統(tǒng)晶體硅太陽能電池的產(chǎn)業(yè)規(guī)模世界領(lǐng)先，各種新型太陽能電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化不斷深入，在校師生和在職工程技術(shù)人員對學(xué)習(xí)太陽能電池理論和技術(shù)的熱情高漲。

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